html5 http的輪詢和Websocket原理

2024-08-26 00:21:06

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供稿：網(wǎng)友

一、HTTP的輪詢

Web客戶端與服務(wù)器之間基于Ajax（http）的常用通信方式，分為 短連接 與 長(zhǎng)輪詢 。

短連接：客戶端和服務(wù)器每進(jìn)行一次HTTP操作，就建立一次連接，任務(wù)結(jié)束就中斷連接。

長(zhǎng)輪詢：客戶端像傳統(tǒng)輪詢一樣從服務(wù)器請(qǐng)求數(shù)據(jù)。然而，如果服務(wù)器沒(méi)有可以立即返回給客戶端的數(shù)據(jù)，則不會(huì)立刻返回一個(gè)空結(jié)果，而是保持這個(gè)請(qǐng)求等待數(shù)據(jù)到來(lái)（或者恰當(dāng)?shù)某瑫r(shí)：小于ajax的超時(shí)時(shí)間），之后將數(shù)據(jù)作為結(jié)果返回給客戶端。

長(zhǎng)輪詢機(jī)制如下圖所示：

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二、Websocket基本概念

WebSocket 是 HTML5 開(kāi)始提供的一種在單個(gè) TCP 連接上進(jìn)行全雙工通訊的協(xié)議。

WebSocket 使得客戶端和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換變得更加簡(jiǎn)單，允許服務(wù)端主動(dòng)向客戶端推送數(shù)據(jù)。在 WebSocket API 中，瀏覽器和服務(wù)器只需要完成一次握手，兩者之間就直接可以創(chuàng)建持久性的連接，并進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸。

在 WebSocket API 中，瀏覽器和服務(wù)器只需要做一個(gè)握手的動(dòng)作，然后，瀏覽器和服務(wù)器之間就形成了一條快速通道。兩者之間就直接可以數(shù)據(jù)互相傳送。

現(xiàn)在，很多網(wǎng)站為了實(shí)現(xiàn)推送技術(shù)，所用的技術(shù)都是 Ajax 輪詢。輪詢是在特定的的時(shí)間間隔（如每1秒），由瀏覽器對(duì)服務(wù)器發(fā)出HTTP請(qǐng)求，然后由服務(wù)器返回最新的數(shù)據(jù)給客戶端的瀏覽器。這種傳統(tǒng)的模式帶來(lái)很明顯的缺點(diǎn)，即瀏覽器需要不斷的向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，然而HTTP請(qǐng)求可能包含較長(zhǎng)的頭部，其中真正有效的數(shù)據(jù)可能只是很小的一部分，顯然這樣會(huì)浪費(fèi)很多的帶寬等資源。

HTML5 定義的 WebSocket 協(xié)議，能更好的節(jié)省服務(wù)器資源和帶寬，并且能夠更實(shí)時(shí)地進(jìn)行通訊。

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瀏覽器通過(guò) JavaScript 向服務(wù)器發(fā)出建立 WebSocket 連接的請(qǐng)求，連接建立以后，客戶端和服務(wù)器端就可以通過(guò) TCP 連接直接交換數(shù)據(jù)。

當(dāng)你獲取 Web Socket 連接后，你可以通過(guò) send() 方法來(lái)向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，并通過(guò) onmessage 事件來(lái)接收服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)。

三、Websocket 握手原理：

Websocket的握手原理大致可分為以下步驟：

第一步：客戶端發(fā)起HTTP請(qǐng)求連接
第二步：服務(wù)端從請(qǐng)求頭中取出Sec-WebSocket-Key的值
第三步：給Sec-WebSocket-Key值 拼接一個(gè)magic_string 的到一個(gè)新的value
第四步：給新的value先做 sha1加密 再做 base64加密
第五步：拼接一個(gè)響應(yīng)頭
第六步：服務(wù)器將拼好的響應(yīng)頭發(fā)送給客戶端
第七步：客戶端解密Sec-WebSocket-Accept得到Sec-WebSocket-Key判斷是否握手成功

代碼實(shí)現(xiàn)：

import socket, base64, hashlib# 創(chuàng)建socket連接sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 綁定端地址和口號(hào)sock.bind(('127.0.0.1', 9527))# 監(jiān)聽(tīng)sock.listen(5)# 獲取客戶端socket對(duì)象conn, address = sock.accept()# 獲取客戶端的【握手】信息data = conn.recv(1024)print(data)def get_headers(data):    """從請(qǐng)求頭中取出Sec-WebSocket-Key對(duì)應(yīng)的值并返回"""    header_dict = {}    header_str = data.decode("utf8")    for i in header_str.split("/r/n"):        if str(i).startswith("Sec-WebSocket-Key"):            return i.split(":")[1].strip()# 得到Sec-WebSocket-Key對(duì)應(yīng)的值ws_key = get_headers(data)# 魔法字符串magic string為：258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11magic_string = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'# 拼接socket_str = ws_key + magic_string# sha1加密socket_str_sha1 = hashlib.sha1(socket_str.encode("utf8")).digest()# base64加密socket_str_base64 = base64.b64encode(socket_str_sha1)# 拼接響應(yīng)頭response_tpl = "HTTP/1.1 101 Switching Protocols/r/n" /               "Upgrade:websocket/r/n" /               "Connection: Upgrade/r/n" /               "Sec-WebSocket-Accept: %s/r/n" /               "WebSocket-Location: ws://127.0.0.1:9527/r/n/r/n" % (socket_str_base64.decode("utf8"))# 服務(wù)器發(fā)送響應(yīng)頭到客戶端conn.send(response_tpl.encode("utf8"))# 客戶端服務(wù)端建立長(zhǎng)連接循環(huán)接收發(fā)送數(shù)據(jù)while True:    msg = conn.recv(8096)    print(msg)

<!DOCTYPE html><html lang="en"><head>    <meta charset="UTF-8">    <title>Title</title></head><body></body><script type="text/javascript">    ws = new WebSocket("ws://127.0.0.1:9527");    ws.onmessage = function (ev) {        console.log(ev)//用于接收數(shù)據(jù)    }</script></html>

附帶客戶端發(fā)起HTTP請(qǐng)求的請(qǐng)求頭：

b'GET /ws/ HTTP/1.1Host: 127.0.0.1:9527Connection: UpgradePragma: no-cacheCache-Control: no-cacheUser-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; WOW64) AppleWebKit/537.3...Upgrade: websocketOrigin: http://localhost:63342Sec-WebSocket-Version: 13Accept-Encoding: gzip, deflate, brAccept-Language: zh-CN,zh;q=0.9Sec-WebSocket-Key: kJXuOKsrl3AR1KeFngRElQ==Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate; client_max_window_bits'

四、Websocket的加解密方式：

解密方式：

# b'/x81/x87/x0e/xc3/xf3/xcd;/xf6/xc6/xf8;/xf6/xc6'==========5555555hashstr = b'/x81/x87/x0e/xc3/xf3/xcd;/xf6/xc6/xf8;/xf6/xc6'# 將第二個(gè)字節(jié)也就是 /x87 第9-16位 進(jìn)行與127進(jìn)行位運(yùn)算payload = hashstr[1] & 127# 當(dāng)位運(yùn)算結(jié)果等于127時(shí),則第3-10個(gè)字節(jié)為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度# 第11-14字節(jié)為mask 解密所需字符串# 則數(shù)據(jù)為第15字節(jié)至結(jié)尾if payload == 127:    extend_payload_len = hashstr[2:10]    mask = hashstr[10:14]    decoded = hashstr[14:]# 當(dāng)位運(yùn)算結(jié)果等于126時(shí),則第3-4個(gè)字節(jié)為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度# 第5-8字節(jié)為mask 解密所需字符串# 則數(shù)據(jù)為第9字節(jié)至結(jié)尾if payload == 126:    extend_payload_len = hashstr[2:4]    mask = hashstr[4:8]    decoded = hashstr[8:]# 當(dāng)位運(yùn)算結(jié)果小于等于125時(shí),則這個(gè)數(shù)字就是數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度# 第3-6字節(jié)為mask 解密所需字符串# 則數(shù)據(jù)為第7字節(jié)至結(jié)尾if payload <= 125:    extend_payload_len = None    mask = hashstr[2:6]    decoded = hashstr[6:]str_byte = bytearray()for i in range(len(decoded)):    byte = decoded[i] ^ mask[i % 4]    str_byte.append(byte)print(str_byte.decode("utf8"))

加密方式：

import structmsg_bytes = "5555555".encode("utf8")token = b"/x81"length = len(msg_bytes)if length < 126:    token += struct.pack("B", length)elif length == 126:    token += struct.pack("!BH", 126, length)else:    token += struct.pack("!BQ", 127, length)msg = token + msg_bytesprint(msg)

四、基于flask框架、Websocket協(xié)議實(shí)現(xiàn)的客戶端和服務(wù)端鏈接通信示例：

pip3 install gevent-websocket

from flask import Flask, requestfrom geventwebsocket.websocket import WebSocketfrom gevent.pywsgi import WSGIServerfrom geventwebsocket.handler import WebSocketHandlerapp = Flask(__name__)@app.route("/ws")def websocket():    # 得到用戶的鏈接    user_socket = request.environ.get("wsgi.websocket")  # type:WebSocket    print("訪問(wèn)成功")    while True:        msg = user_socket.receive()  # 接受消息        print(msg)        user_socket.send(msg)  # 發(fā)送消息if __name__ == '__main__':    # 指定地址、端口號(hào)開(kāi)啟Websocket服務(wù)    http_serv = WSGIServer(("127.0.0.1", 8001), app, handler_class=WebSocketHandler)    # 啟動(dòng)Websocket服務(wù)    http_serv.serve_forever()

html文件：

<!DOCTYPE html><html lang="en"><head>    <meta charset="UTF-8">    <title>Title</title>    <link href="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/twitter-bootstrap/3.3.7/css/bootstrap.css" rel="stylesheet"></head><body><botton class="btn btn-default" onclick="createsocket()">點(diǎn)擊創(chuàng)建鏈接</botton><br><p>請(qǐng)您輸入消息：<input type="text" placeholder="輸入消息" id="msg"></p><buttom class="btn btn-success" onclick="send_msg()">發(fā)送消息</buttom><script>    var ws = null;    function createsocket() {        ws = new WebSocket("ws://127.0.0.1:8001/ws");        ws.onmessage = function (data) {            console.log("從服務(wù)端收到的消息=",data.data);        }    }    function send_msg() {        var to_msg = document.getElementById("msg").value;        ws.send(to_msg)    }</script></body></html>

第一步：運(yùn)行flask
第二步：運(yùn)行html文件
第三步：點(diǎn)擊創(chuàng)建鏈接
第四步：輸入消息
第五步：點(diǎn)擊發(fā)送消息

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客戶端.png

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服務(wù)器端.png

這樣我們就簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)了通過(guò)Websocket協(xié)議的客戶端服務(wù)端通信。并且我們可以創(chuàng)建多個(gè)鏈接同時(shí)對(duì)服務(wù)器端通信。

五、基于Websocket實(shí)現(xiàn)即時(shí)通訊(IM)：

服務(wù)器代碼：

from flask import Flask, requestfrom geventwebsocket.websocket import WebSocketfrom gevent.pywsgi import WSGIServerfrom geventwebsocket.handler import WebSocketHandlerfrom geventwebsocket.exceptions import WebSocketErrorimport jsonapp = Flask(__name__)user_socket_dict = {}@app.route("/ws/<username>")def websocket(username):    # 得到用戶的鏈接    user_socket = request.environ.get("wsgi.websocket")  # type:WebSocket    user_socket_dict[username] = user_socket    print(username+"鏈接成功！")    while True:        msg = user_socket.receive()  # 接受消息        for socket in user_socket_dict.values():  # type:WebSocket            if user_socket != socket:# 自己發(fā)消息服務(wù)器就不要再給自己回消息了                try:                    socket.send(json.dumps({"sender": username, "msg": msg}))                except:                    continueif __name__ == '__main__':    # 指定地址、端口號(hào)開(kāi)啟Websocket服務(wù)    http_serv = WSGIServer(("127.0.0.1", 8001), app, handler_class=WebSocketHandler)    # 啟動(dòng)Websocket服務(wù)    http_serv.serve_forever()

html代碼：

<!DOCTYPE html><html lang="en"><head>    <meta charset="UTF-8">    <title>Title</title>    <link href="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/twitter-bootstrap/3.3.7/css/bootstrap.css" rel="stylesheet"></head><body><p>請(qǐng)輸入你的昵稱：<input type="text" id="username"></p><botton class="btn btn-default" onclick="createsocket()">點(diǎn)擊創(chuàng)建鏈接</botton><br><p>請(qǐng)您輸入消息：<input type="text" id="msg"></p><buttom class="btn btn-success" onclick="send_msg()">發(fā)送消息</buttom><br><br><br><div style="border: 2px solid; width: 500px;height: 800px;" id="text_div"></div><script>    var ws = null;    var username = null;    function createsocket() {        username = document.getElementById("username").value;        ws = new WebSocket("ws://127.0.0.1:8001/ws" + "/" + username);        ws.onmessage = function (data) {            var text_div = document.getElementById("text_div");            var obj_data = JSON.parse(data.data);            var add_msg = "<p>" + obj_data.sender + ":" + obj_data.msg + "</p>";            text_div.innerHTML += add_msg;        }    }    function send_msg() {        var to_msg = document.getElementById("msg").value;        var text_div = document.getElementById("text_div");        var add_msg = "<p style='text-align: right'>" + to_msg + ":" + username + "</p>";        text_div.innerHTML += add_msg;        ws.send(to_msg);    }</script></body></html>